激光与激光打标的基础知识:激光的特性是什么?

1.激光的方向性

1)光束方向性指标 发散角θ

激光光束发散角θ是衡量光束从其中心向外发散程度的指标,如图1-13所示。通常把 发散角的大小作为光束方向性的定量指标。

图1-13光束的发散角
图1-13光束的发散角

2)激光光束的发散角

普通光源向四面八方发散,发散角很大。例如,点光源的发散角约为4tt弧度。

激光光束基本上可以认为是沿轴向传播的,发散角很小,例如,氦氖激光器发散角约为10-3弧度。

对比一下可以发现,激光束的发散角不到普通光源的万分之一。

使用激光照射距离地球约38万千米的月球,激光在月球表面的光斑直径不到2 km。若 换成看似平行的探照灯光柱射向月球,其光斑直径将覆盖整个月球。

2. 激光的单色性

1) 光束单色性指标——谱线宽度

光束的颜色由光的波长(或频率)决定,单一波长(或频率)的光称为单色光,发射单色光 的光源称为单色光源,如氪灯、氨灯、氖灯、氢灯等。

真正意义上的单色光源是不存在的,它们的波长(或频率)总会有一定的分布范围,如氖 灯红光的单色性很好,谱线宽度范围仍有0. 00001 nm。

波长(或频率)的变动范围称为谱线宽度,用表示,如图1-14所示。通常把光源的谱 线宽度作为光束单色性的定量指标,谱线宽度越小,光源的单色性越好。

2) 激光光束的谱线宽度

普通光源单色性好的是氪灯,其发射波长为605. 8 nm,谱线宽度为4. 7 *1(104 nm。 波长为632. 8 nm的氦氖激光器产生的激光谱线宽度小于108 nm,其单色性比氪灯的好105

倍。

由此可见,激光束的单色性远远超过任何一种单色光源。

3. 激光的相干性

1) 光束相干性指标——相干长度L

两束频率相同、振动方向相同、有恒定相位差的光称为相干光。

光的相干性可以用相干长度L来表示,相干长度L与光的谱线宽度有关,谱线宽度 △ 越小,相干长度L越长。

2) 激光光束的相干长度

普通单色光源如氖灯、纳光灯等的谱线宽度在10-3〜10-2 nm范围,相干长度在1 mm 到几十厘米的范围。氦氖激光器的谱线宽度小于108 nm,其相干长度可达几十千米。

由此可见,激光光束的相干性也远远超过任何一种单色光源。

4. 激光的高亮度

1) 光束亮度指标——光功率密度

光束亮度是光源在单位面积上向某一方向的单位立体角内发射的功率,简述为光功率/ 光斑面积,单位为W/cm2。由此看出,光束亮度实际上是光功率密度的另外一种表述形式。

2) 激光光束的光斑面积小

激光光束总的输出功率虽然不大,但由于光束发散角小,其亮度也高。例如,发散角从 180°缩小到0.18°,亮度就可以提高100万倍,如图1-15所示。

图1-14 光束的谱线宽度
图1-14 光束的谱线宽度

3) 激光器的高功率

脉冲激光器的功率分为平均功率密度和峰值功率密度。

平均功率密度=平均功率(功率计测得的功率)/光斑面积 峰值功率密度=平均功率X单位时间/重复频率/脉宽/光斑面积

4) 通过调Q技术压缩脉宽

有结果显示,脉冲激光器的光谱亮度可以比白炽灯的亮度大2*1020倍。

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